[发明专利]一种具有非共面多旋翼的空间站舱内机器人

说明书

本发明公开了一种具有非共面多旋翼的空间站舱内机器人，包括机械臂和多个非共面的旋翼，机械臂的一端设置有机架，另一端设置有末端执行器，多个非共面的旋翼设置在机架上，通过机架上设置的控制装置进行控制，控制装置周围设置有用于测距的超声波距离传感器，由非共面的旋翼与机械臂旋转实现空间机器人的六自由度运动。本发明安全性好，不依赖工质，无爆炸风险；维护难度低，无需补充工质，仅需充电；具有较高安全性，能够主动规避路径上的障碍物。

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体涉及一种具有非共面多旋翼的空间站舱内机器人。

背景技术

空间站是人类最为精尖的技术的体现，航天员需要花费大量的时间进行空间站的维护、操作；空间站自有的失重环境是生物、化学、物理等一系列学科的理想实验场所，因而航天员需要处理为数众多的科研任务。而太空环境的失重、昼夜环境等直接或间接地降低了航天员的工作效率。因此有必要开发一种能辅助航天员工作的空间站舱内机器人。

NASA、DLR、JAXA等开发了不同的空间站舱内机器人，它们具有情感交互功能，且具有六自由度机动的能力。但是由于使用压缩工质进行机动，此类机器人存在爆炸风险，且存在控制难度高，维护困难的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有非共面多旋翼的空间站舱内机器人，采用了非共面多旋翼+机械臂的结构，具有无爆炸风险、无需补充工作介质、控制难度低的特征，具有自动规避障碍物的功能，可执行任务种类多。

本发明采用以下技术方案：

一种具有非共面多旋翼的空间站舱内机器人，包括机械臂和多个非共面的旋翼，机械臂的一端设置有机架，另一端设置有末端执行器，多个非共面的旋翼设置在机架上，通过机架上设置的控制装置进行控制，控制装置周围设置有用于测距的超声波距离传感器，由非共面的旋翼与机械臂旋转实现空间机器人的运动。

具体的，机械臂至少具有六自由度，用于完成空间机器人的姿态辅助控制。

进一步的，六自由度运动包括平动和转动。

具体的，机架上设置有多个旋翼罩，每个旋翼罩内对应设置有一个旋翼及其控制电机，旋翼罩用于避免旋翼与空间站物体接触。

具体的，旋翼不少于三个，且旋翼的旋翼面均不在同一平面上，旋翼面的法向向量关于空间机器人的对称轴呈放射对称。

进一步的，旋翼包括第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼和第四旋翼，第一旋翼和第三旋翼为反桨，第二旋翼和第四旋翼为正桨，每个旋翼的旋翼面法向轴与z轴的角度相同。

具体的，超声波距离传感器包括多个，间隔设置在控制装置的表面。

进一步的，超声波距离传感器包括六个。

具体的，末端执行器为可更换式，用于携带相机或者机械爪完成监控或者辅助操作的任务。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种具有非共面多旋翼的空间站舱内机器人，多个非共面的旋翼通过机架与机械臂的一端连接，机械臂的另一端连接末端执行器，在机架上设置控制装置和超声波距离传感器，由非共面的旋翼与机械臂旋转实现空间机器人的六自由度运动。超声波距离传感器能够测量空间机器人与周围物体的距离，并根据空间机器人的姿态信息、速度信息计算机器人的规避区，从而选取安全路径进行运动。

进一步的，机械臂至少具有六自由度，不仅能够提供机器人的姿态补偿力矩，而且具有完整的操作能力，能够选取不同的末端执行器完成不同的任务，例如使用双目相机执行深度学习实验，利用机械爪完成无人微重力实验等任务。